[发明专利]一种模块化小型氟盐冷却高温堆系统

说明书

一种模块化小型氟盐冷却高温堆系统，包括模块化小型氟盐冷却高温堆本体、非能动余热排出系统和布雷顿循环能量转换系统；模块化小型氟盐冷却高温堆本体包括压力容器及位于其中的控制棒驱动机构、堆芯组件、堆芯组件外围的反射层、堆芯围筒以及位于堆芯围筒和压力容器之间的下降环腔；非能动余热排出系统包括位于压力容器内的熔盐换热器，压力容器外空冷塔内的空气换热器以及相连的管道，并与布雷顿循环能量转换系统共用空冷塔；布雷顿循环能量转换系统包括位于压力容器内的主换热器、二氧化碳捕集系统及位于其中的透平、发电机、高低温回热器、空气冷却器、主辅压缩机和电动机。本发明采用模块化设计，结构紧凑，且具有较高的能量转换效率。

技术领域

本发明涉及反应堆设计技术领域，具体涉及一种模块化小型氟盐冷却高温堆系统。

背景技术

氟盐冷却高温堆融合了熔盐堆、高温气冷堆和钠冷快堆等第四代先进核反应堆的优点，具有高温低压运行、无水冷却、固有安全、结构紧凑等特点，适合建成体积小、轻量化、低成本的模块化小型氟盐冷却高温堆，特别契合干旱偏远地区多用途、多层次能源供给的需求，可以实现高效发电，输出700℃以上高温工艺热还可用于高温制氢、盐水淡化、矿藏开采等。

目前提出的小型氟盐冷却高温堆设计方案侧重于堆芯模块的设计优化，而对于换热器的应用以及小型氟盐冷却高温堆能量转换模块的设计较少提及，超临界二氧化碳布雷顿循环能量转换系统的应用也尚处于空白。

发明内容

本发明的目的是提出一种能够结合螺旋十字燃料元件堆芯、印刷电路板式换热器、非能动余热排出系统以及超临界二氧化碳布雷顿循环能量转换系统，强化反应堆换热，提高能量转换效率的模块化小型氟盐冷却高温堆系统。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种模块化小型氟盐冷却高温堆系统，包括模块化小型氟盐冷却高温堆本体、非能动余热排出系统和布雷顿循环能量转换系统；所述模块化小型氟盐冷却高温堆本体包括压力容器7以及位于压力容器7内的氟盐冷却高温堆堆芯，插入氟盐冷却高温堆堆芯中的控制棒驱动机构1，氟盐冷却高温堆堆芯包括堆芯组件12、堆芯组件12外围的上反射层10、径向反射层11和下反射层13、堆芯围筒9以及位于堆芯围筒9和压力容器7之间的下降环腔8；所述非能动余热排出系统包括位于压力容器7内的熔盐换热器4，压力容器7外空冷塔6内的空气换热器5以及熔盐换热器4与空气换热器5相连的管道，空冷塔6与布雷顿循环能量转换系统共用；所述布雷顿循环能量转换系统包括位于压力容器7内的主换热器3、位于主换热器3顶部的泵2、二氧化碳捕集系统22以及位于二氧化碳捕集系统22内的透平14、发电机15、高温回热器16、低温回热器17、空气冷却器18、主压缩机19、辅压缩机20和电动机21；所述主换热器3的高温工质出口与透平14入口连通，工质依次经过高温回热器16和低温回热器17热侧，离开低温回热器17后，一部分进入空气冷却器18进行冷却，冷却后的低温工质经主压缩机19压缩后进入低温回热器17冷侧入口,另一部分工质直接进入辅压缩机20进行压缩，之后两部分工质在高温回热器16冷侧入口汇集，最终经高温回热器16冷侧出口离开，进入主换热器3入口，主压缩机19、电动机21与辅压缩机20同轴连接，透平14与发电机15同轴连接。

所述压力容器7内设置三台主换热器3和三台熔盐换热器4；氟盐冷却高温堆堆芯上方堆芯围筒9和压力容器7之间沿周向等角度位置布置三台主换热器3，在主换热器3每个间隙各设置一台熔盐换热器4,泵2整体安装在主换热器3的顶部，用于驱动压力容器7内冷却剂流动。

所述主换热器3为印刷电路板式换热器，其结构紧凑，更有利于模块化小型氟盐冷却高温堆本体的一体化布局，更大的传热面积也使得传热效率得到提升。

氟盐冷却高温堆堆芯包括19个堆芯组件12，呈六边形排布；所述堆芯组件12包括呈六边形布置的84个燃料元件23和7个控制棒24，燃料元件23和控制棒24间的冷却剂通道25以及包覆燃料元件23、控制棒24和冷却剂通道25的石墨层26，燃料元件23均为螺旋十字型。